基于“3D虛擬”軟件的小學(xué)科學(xué)宇宙空間領(lǐng)域教學(xué)嘗試

1、基于“3D 虛擬”軟件的小學(xué)科學(xué)宇宙空間領(lǐng)域教學(xué)嘗試-以月相變化一課為例【摘要】小學(xué)科學(xué)宇宙空間領(lǐng)域的學(xué)習(xí)需要學(xué)生有一定的空間想象能力，利用“3D 虛擬交互天文館”軟件的 3D 模擬技術(shù)，結(jié)合教學(xué)重難點(diǎn)調(diào)整設(shè)計(jì)，利用交互模擬技術(shù)幫助學(xué)生構(gòu)建空間想象，助推學(xué)生自主探索與思辨，從而豐富宇宙與空間認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)天文的興趣?！娟P(guān)鍵詞】3D 虛擬交互天文館；月相；教學(xué)月相變化與人類關(guān)系十分密切，月相的周期變化是我們確定農(nóng)歷的主要依據(jù)，而大多數(shù)學(xué)生對(duì)月相的認(rèn)知有限的停留在幾種特殊的月相上，對(duì)整個(gè)月相變化的過程不了解，對(duì)其變化的規(guī)律及產(chǎn)生原因更是知之甚少。僅僅是通過觀察月相變化或傳統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn)，部分學(xué)生還

2、是無法同化這些知識(shí)和體驗(yàn)知識(shí)的形成的過程。另外連續(xù)觀測(cè)月相很受天氣、學(xué)生自身?xiàng)l件、能力等制約,完整地觀察月相和發(fā)現(xiàn)月相變化的規(guī)律難。 但是，六年級(jí)的學(xué)生有較好的信息技術(shù)素養(yǎng)和電腦、手機(jī)等多媒體教學(xué)工具使用能力， 且具有一定的分析能力，因此可以采用信息模擬技術(shù)，在 3D 虛擬動(dòng)畫模擬的宇宙環(huán)境中讓學(xué)生自主探究月相變化規(guī)律，體驗(yàn)月相變化過程，總結(jié)月相變化規(guī)律，以解決教學(xué)實(shí)際難點(diǎn)問題。 一、找準(zhǔn)教學(xué)重難點(diǎn)，精確突破 月相的變化一課的教學(xué)重重難點(diǎn)在于讓學(xué)生在觀察的基礎(chǔ)上得出月相變化的規(guī)律性， 在變化規(guī)律的基礎(chǔ)上再推理月相成因，從而激發(fā)對(duì)天文的興趣。本節(jié)課有兩大難點(diǎn)： 月相觀察與記錄難規(guī)范 本課教學(xué)時(shí)間

3、適合放在農(nóng)歷十五左右，課前應(yīng)至少提早半個(gè)月布置學(xué)生半個(gè)月的月相觀察。從農(nóng)歷初一開始觀察，定時(shí)定點(diǎn)不間斷的觀察，特別提醒學(xué)生如實(shí)填寫以下記錄單。 月相觀察記錄表 觀察日期 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日 觀察時(shí)間 農(nóng)歷 月相記錄 觀察日期 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日 觀察時(shí)間 農(nóng)歷 月相記錄 月相變化規(guī)律亮面大小變化亮面的方向通過收集整理學(xué)生的記錄單，會(huì)發(fā)現(xiàn)這么幾個(gè)問題：觀察時(shí)間不統(tǒng)一；大多數(shù)日期因沒有觀察到月相而無記錄；月相記錄不規(guī)范；受畫圖能力影響，記錄中體現(xiàn)不出有缺到圓的逐漸變化規(guī)律等。單純的學(xué)生課前觀察是難以形成上半月月相變化規(guī)律的。

4、月相變化成因難推理 學(xué)生的觀察記錄表在半個(gè)月的月相觀察后，學(xué)生了解了上半月月相的變化規(guī)律，接下去就是通過模擬實(shí)驗(yàn)感知月相變化的原因。常規(guī)的模擬實(shí)驗(yàn)中，也會(huì)遇到各種問題。 現(xiàn)象觀察不明顯。學(xué)生在自然光條件下參觀模擬月球的小球（小球一半是亮面， 一半是暗面），并根據(jù)觀察畫出月相。但是受光線限制影響，很多學(xué)生根本不知道怎么觀察邊界，故而學(xué)生畫出的月相都添加了自己的想像。 實(shí)驗(yàn)難操作。學(xué)生缺少元認(rèn)知，不知道日、地、月三者的位置關(guān)系。不知道何時(shí)把地球放中間，何時(shí)把月球放中間，月球的亮面到底朝哪個(gè)方向， 不能理解日、地、月三者怎么轉(zhuǎn)。不會(huì)演示太陽相對(duì)不動(dòng)，地球自轉(zhuǎn)和月球的自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)， 不理解月球的同步自轉(zhuǎn)

5、。 原理難理解。對(duì)于“為什么能觀察到月相？”不理解。 如果月球自身能發(fā)光，我們還能觀察到月相的變化嗎？ 這些原理如果只用文字描述學(xué)生很難理解。二、引入 3D 虛擬交互，突破難點(diǎn) 針對(duì)以上問題，筆者設(shè)計(jì)并制作了一個(gè)軟件“3D 虛擬交互天文館”，試圖解決月相變化一課中的教學(xué)難點(diǎn)。 軟件介紹 該軟件基于 flashcs4 制作，利用 FALSHas2.0 腳本控制。由引導(dǎo)動(dòng)畫、主導(dǎo)航界面、內(nèi)容界面、退出動(dòng)畫等幾個(gè)部分組成。界面美工設(shè)計(jì)及內(nèi)容選擇根據(jù)小學(xué)科學(xué)教材宇宙單元教學(xué)需要量身定制?？蓾M足小學(xué)生虛擬實(shí)驗(yàn)的要求，內(nèi)容豐富，整合了一個(gè)單元的資料， 能真實(shí)模擬一個(gè)月的月相變化，還能模擬日食月食，調(diào)整軌道

6、角度，月球比例等，具有很強(qiáng)的真實(shí)性，突破了以往課件以看為主無法互動(dòng)的局限，內(nèi)容界面簡(jiǎn)潔、實(shí)用、大方避免無關(guān)因素的干擾。 自制3d 虛擬交互天文館根據(jù)教學(xué)目標(biāo)精心設(shè)計(jì)，可以有效避免無關(guān)信息干擾，而且是生成可執(zhí)行文件，無需安裝、也無需網(wǎng)絡(luò)就可以在電腦、平板、手機(jī)上運(yùn)行。軟件默認(rèn)自動(dòng)循環(huán)模擬一個(gè)月相變化，可以通過“暫?！卑粹o控制自動(dòng)播放和手動(dòng)播放，也可以利用鼠標(biāo)拖動(dòng)相對(duì)應(yīng)對(duì)象互動(dòng)實(shí)施觀察。 3d 虛擬交互天文館界面實(shí)踐應(yīng)用 模擬操作，學(xué)會(huì)應(yīng)用 結(jié)合學(xué)生前期實(shí)地觀察記錄，介紹軟件功能和使用方法。利用多媒體教室或教學(xué)平板， 讓學(xué)生獨(dú)立先觀察自動(dòng)播放功能，提示學(xué)生觀察視窗中月相和太陽的運(yùn)動(dòng)變化情況。介紹互

7、動(dòng)控制功能演示初七一天的月相從升到落情況。通過停止按鈕，選擇初六，用鼠標(biāo)拖著月球或者時(shí)鐘指針，可以觀察到月相初七升起的位置、時(shí)間，繼續(xù)拖動(dòng)可以觀察到初七月亮下落時(shí)間，從而知道，初七晚上月相出現(xiàn)的時(shí)間， 月相亮面朝向、日月地三者位置關(guān)系等信息。 任務(wù)驅(qū)動(dòng)，修正觀察 在學(xué)生學(xué)會(huì)了使用“3D 虛擬交互天文館”相關(guān)操作后，接下去通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)的形式，讓學(xué)生自主去探究月相的變化，進(jìn)一步完善他們?cè)趯?shí)踐中的觀察。 模擬實(shí)驗(yàn)任務(wù)一：利用軟件，修正上半月月相觀察記錄表 通過學(xué)生自己模擬觀察，可以順利觀察到初一到十五月亮升起的時(shí)間與位置、下落時(shí)間， 月相形狀、亮面朝向、每天可以觀察到月相的時(shí)間節(jié)點(diǎn)這些信息。通過模擬

8、驗(yàn)證結(jié)合實(shí)際觀察記錄，再來總結(jié)上半月月相變化規(guī)律：亮面越來越大，位置低-高-低；每天向東移動(dòng)；亮面朝西。 模擬實(shí)驗(yàn)任務(wù)二：利用軟件，預(yù)測(cè)下半月月相變化 在結(jié)合軟件模擬了解了上半月月相變化后，讓學(xué)生根據(jù)總結(jié)的規(guī)律，預(yù)測(cè)下半月月相變化規(guī)律，并記錄在下半月觀察記錄表中。同時(shí)通過典型日期重點(diǎn)觀察，來驗(yàn)證下半月月相規(guī)律，得出下半月亮面越來越小，位置低-高-低；每天向西移動(dòng)；亮面朝東。 習(xí)題鞏固，助推推理 學(xué)生根據(jù)上下半月虛實(shí)結(jié)合的觀察，已經(jīng)總結(jié)一個(gè)月月相變化規(guī)律，接下去可以出一些例題進(jìn)行檢測(cè)和鞏固。例如可以讓學(xué)生根據(jù)月相判斷日期，如下題。 例題：下列四幅圖各是什么日期觀測(cè)的？東西東西東西東西甲乙丙丁經(jīng)歷

9、了前期學(xué)習(xí)，學(xué)生能大致說出這些典型的月相出現(xiàn)在什么時(shí)候，為了驗(yàn)證學(xué)生的推測(cè)，可以用虛擬軟件根據(jù)日期驗(yàn)證到通過月相形狀、位置來判斷觀察日期，進(jìn)行逆向思維訓(xùn)練，通過典型日期月相形狀片段聯(lián)系，進(jìn)一步掌握月相變化規(guī)律。 三、3D 虛擬交互應(yīng)用效果分析 提供空間想象載體 在宇宙與空間的教學(xué)中，需要學(xué)生有豐富的空間想象能力，但是六年級(jí)的學(xué)生還不完全具備這種能力。利用自制的“3D 虛擬交互天文館”軟件，可以很好地給學(xué)生提供空間想象的載體。月相變化一課中引入“3D 虛擬交互天文館”教學(xué)，有效解決了實(shí)驗(yàn)難觀察、難理解、難操作的問題，幫助學(xué)生理解日、地、月三者的位置關(guān)系，地球自轉(zhuǎn)、月球公轉(zhuǎn)和同步自轉(zhuǎn)，以及月相隨日

10、、地、月位置變化而變化的規(guī)律。 “3D 虛擬交互天文館”使用對(duì)比效果表檢測(cè)的方面 不使用“3D 虛擬交互天文館”軟件授課 使用“3D 虛擬交互天文館”軟件授課 “上半月月相變化規(guī)律”準(zhǔn)確率 83% 97% “上半月月相變化規(guī)律”準(zhǔn)確率 65% 92% “月相變化成因推理”準(zhǔn)確率 78% 95% 助推互動(dòng)學(xué)習(xí) 虛實(shí)結(jié)合、線上線下結(jié)合的教學(xué)是改變了課堂教學(xué)方式，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)發(fā)展、主動(dòng)學(xué)習(xí)。改變了傳統(tǒng)科學(xué)課堂教學(xué)信息不對(duì)稱和單向傳遞的情況；教師和學(xué)生擁有同樣的資源。教學(xué)過程是一個(gè)互動(dòng)的過程，學(xué)生學(xué)習(xí)情況可以及時(shí)反饋，教師一方面可對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)，促進(jìn)全體學(xué)生發(fā)展；另一方面可根據(jù)學(xué)生反饋的情況調(diào)整教

11、學(xué)進(jìn)程和教學(xué)方式，達(dá)到最佳教學(xué)效果（見右圖）。 助力個(gè)性化教學(xué) 利用“3D 虛擬交互天文館”軟件的教學(xué)過程中，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)了三個(gè)階梯式學(xué)習(xí)任務(wù)， 逐漸遞進(jìn)，每個(gè)任務(wù)后都設(shè)計(jì)了相應(yīng)地模擬實(shí)教學(xué)內(nèi)容教師實(shí)地觀察教反學(xué)饋內(nèi)容線上反饋虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)學(xué)習(xí)個(gè)體教師與學(xué)生互動(dòng)過程驗(yàn)，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)。經(jīng)過實(shí)際操作、模擬月相變化過程，思考相關(guān)問題，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)和總結(jié)月相變化的規(guī)律，然后再遷移應(yīng)用解決實(shí)際問題。這種形式的課堂教學(xué)，充分體現(xiàn)了差別化教學(xué)。學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的同學(xué)，完成學(xué)習(xí)任務(wù)后可以瀏覽拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容和閱讀相關(guān)資源；學(xué)習(xí)能力差的同學(xué)，經(jīng)過小組交流和教師指導(dǎo)，基本可以完成學(xué)習(xí)任務(wù)，如在課內(nèi)不能完成，還可以課后在電腦等終端上繼續(xù)瀏覽學(xué)習(xí)。把教學(xué)從課內(nèi)延伸到課外，課內(nèi)和課外相結(jié)合。 總結(jié)語： 小學(xué)科學(xué)中關(guān)于宇宙空間領(lǐng)域教學(xué)一直是難題，小學(xué)階段的學(xué)生擅長(zhǎng)形象思維，缺乏抽象思維，從而讓學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏有效的空間思維支撐。再者學(xué)生自律能力、邏輯能力能力等不足，讓觀察、推理等缺乏科學(xué)?！?D 虛擬交互天文館”軟件可以通過影像模擬出宇宙空間， 并且可操控和調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)時(shí)間快進(jìn)鍵讓時(shí)間加速流逝，即可在短時(shí)間內(nèi)觀察到星空中“北斗七星圍繞北極星旋轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象。除了模